Столбовая система разработки калийного пласта

Содержание: 

    Введение…………………………………………………………………......….3

    1.Краткая  характеристика горно-геологических

условий шахтного поля и участка работ………………………3

          1.1.Стратиграфия…………………….……………………………………4

          1.2. Тектоника………………………………………………………..5

          1.3. Гидрогеология………………………………………..………………6

          1.4. Геологическая характеристика калийных горизонтов

           месторождения шахтного поля Второго рудоуправления…….………7

          1.5. Краткая геологическая характеристика пласта и

          вмещающих пород  участка работ………………………………………..9

    2.Обоснование  и принятие варианта столбовой системы

разработки, её параметров и комплекса  оборудования

для лавы………………………………………………………………....10

 2.1. Перечень и основные характеристики средств

 механизации…………………………………………………………...…12

    3.Расчёт  механизированной  крепи……………………………………...…..15

4.Расчет  достаточности водозащитной  толщи пород для

безопасной  отработки пласта…………………………………………16

    5.Технология  очистных работ……………………………………………….19

    5.1Технология  зарубки………………………………………………......19

    5.2Технология  очистной выемки……………………………………......20

    6.Организация работ в очистном забое………………………………….….21

    7. Участковый транспорт  руды……………………………………………...21

    8. Расчет производительности  очистного забоя……………………….…..22

8.1. Проветривание  выработок при зарубке и ведении

очистных работ в лаве………………………………………………..….24

8.2. Расчет количества воздуха при зарубке лавы и для

ведения очистных работ………………………………………………....24

    Заключение........................................................................................................28

    Литература………………………………………………………………….…29 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

    Современный прогресс сельского хозяйства в  значительной степени определяется применением минеральных удобрений. Высокая эффективность их использования обусловила бурное развитие производства минеральных удобрений в СНГ. Роль минеральных удобрений для роста растений исключительно велика. Питательные вещества, израсходованные на развитие растений, безвозвратно уносятся из почвы. Часть элементов вымывается из почвы грунтовыми водами или превращается в неусвояемые растениями формы. Почва постепенно обедняется и теряет продуктивность.

    Убыль калия в почве частично возмещается  при переходе калия в почвенный раствор в процессе выветривания полевых шпатов и других почвенных минералов, содержащих калий. Однако это восполнение протекает в природе очень медленно, поэтому в почву необходимо ежегодно вносить от 40 до 200 кг калийных удобрений на 1 га посевных площадей. Поэтому потребность в калийных удобрениях очень велика, а, следовательно, и добыче калийных руд.

    Более 95% всех калийных солей добывается шахтным способом, Старобинское месторождение является одним из крупнейших месторождений в мире.

    Для горнодобывающих отраслей промышленности особую актуальность приобретают создание и внедрение машин и агрегатов  высокого технического уровня, обладающих значительной производительностью, большой единичной мощностью при одновременном уменьшении их габаритов, снижение металлоемкости, энергопотребления на единицу конечного продукта и повышения надежности и долговечности.

    Перспектива  развития  любого  производства  определяется  его  технико-экономическими  показателями, важнейшими  из  которых  являются  производительность  труда  и  себестоимость  продукции. Для  улучшения  данных  показателей  в  горнорудной  промышленности  необходимо  внедрять  наиболее  рациональные  и  перспективные  системы  разработки, а  также  высокопроизводительное, экономичное  оборудование, отвечающее  современным  требованиям.

    Широкое внедрение усовершенствованного оборудования в перспективе позволит значительно  улучшить качество добываемой руды, повысить безопасность работ, снизить объемы отходов производства, уменьшить негативные последствия оседания земной поверхности, повысить извлечение полезного ископаемого из недр и др. 

1.Краткая характеристика горно-геологических условий шахтного поля и участка работ. 

    Шахтное поле рудника Второго рудоуправления расположено в крайней северо-западной части Старобинского месторождения калийных солей. На востоке оно граничит с шахтными полями Первого и Третьего рудоуправлений, а на западе и севере ограничено разрывными тектоническими нарушениями, простирающимися в северном и северо-восточном направлениях, установленными по данным сейсморазведочных и горных работ.

    Общая площадь промышленных запасов шахтного поля на обоих горизонтах по состоянию на 01.01.2008 года составляет 30114,4 тыс.м², в т.ч. на Гор.-290 м – 3579,8  тыс.м², на Гор.-445 м – 26534,6 тыс.м².

    1.1.Стратиграфия.

    Геологическое строение шахтного поля рудника Второго  рудоуправления особо не отличается от строения всего месторождения. Здесь принимают участие породы кристаллического фундамента докембрийского возвраста и осадочный чехол, представленный верхнепротерозойскими, палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими породами.

    Породы  кристаллического фундамента залегают на площади месторождения на глубинах 1600-2500м. Они несогласно перекрыты образованиями осадочного чехла, в основании которого развита мощная (до 350м) красноцветная среднерифейская белорусская (полесская) серия, представленная мелко- и среднезернистыми песчаниками и песками с редкими прослоями красно-бурых и темно-серых глин. На ней с размывом и несогласием залегает толща (около 110м) вендских туфогенно-осадочных пород.

    Разрез  девонских отложений, как и в  других частях Припятского прогиба, начинается отложениями средне- и верхнедевонской терригенной толщи. Выше выделяются отложения карбонатной толщи франского яруса. Здесь, в северо-западной части Припятского прогиба, на ней залегает гипсоносная свита (мощность 20-82м), являющаяся аналогом верхнефаменской соленосной формации. Представлена она глинами и мергелями, обычно доломитовыми, серой и зеленовато-серой окраски с прослоями гипсоангидритовых пород и доломитов.

    Гипсоносная свита перекрыта нижнефаменскими  карбонатными породами (межсолевые отложения  Припятского прогиба). В их разрезе преобладают известняки серые, буроватые, нередко доломитизированные. Наблюдаются прослои мергелей, известковых глин и доломитов. В верхней части толщи распространены сульфатно-карбонатные породы, являющиеся аналогами галитовой субформации (мощность около 60-70м).

    Выше  залегает калиеносная субформация, к разрезу которой приурочены горизонты калийных солей. Она имеет  мощность до 1000 м и более. Кровля ее вскрыта многочисленными скважинами на глубинах от 342 до 704 м.

    Перекрыты породы названной субформации отложениями надсолевой девонской толщи (глинисто-мергелистая толща – ГМТ), контакт которой с соленосными отложениями обусловлен процессами древнего подземного выщелачивания. Мощность их колеблется от 230 до 560 м. По литологическому составу эта толща разделяется на 2 подтолщи:

       нижнюю  – гипсово-мергельно-глинистую (сульфатную);

       верхнюю – глинисто-мергелистую (бессульфатную).

    Для нижней части гипсово-мергельно-глинистой  подтолщи характерны прослои ангидрита и ангидрит-известковой породы, а для верхней – прожилки и прослои гипса и гематитовых прослоев. В нижней части глинисто-мергелистой подтолщи отмечается исчезновение гипса и присутствие прожилков органосодержащих пород (сапропелевые мергели, горючие сланцы) и прослои строматолитовых известняков. В целом для надсолевых девонских отложений характерна повышенная и высокая трещиноватость пород с развитием вертикальных и горизонтальных трещин, выполненных гипсом, кальцитом, иногда зияющих. Кроме того, наблюдаются интервалы сильно перемятых пород с зеркалами скольжения.

    В разрезе  мезозойско-кайнозойских отложений  выделяются юрские, меловые, палеогеновые, неогеновые и четвертичные образования.

      Породы юрского возраста представлены чередованием серых и темно-серых слюдистых и песчанистых глин с прослоями и линзами песков, обогащенных растительными остатками. Мощность их существенно колеблется и достигает 80м. Распространены они преимущественно в северной части месторождения, в основном в карманах и мульдах проседания, в процессе интенсивного подземного выщелачивания солей.

    Отложения мела развиты повсеместно и представлены образованиями сеноманского и туронского ярусов общей мощностью от 2,5 до 56м, при этом наибольшие мощности приурочены к мульдам проседания. Сложены они в нижней части песками, слабосцементированными песчаниками с гравием и галькой фосфоритов и кремня (сеноман), а в средней и верхней – писчим мелом (турон).

    Палеогеновые  кварц-глауконитовые пески и слабосцементированные  песчаники развиты повсеместно и имеют мощность в среднем около  28м. 

    Неогеновые отложения представлены  песками  кварцевыми тонко-мелкозернистыми с пластами и линзами глин серых и желтовато-серых, иногда присутствуют пласты и линзы бурого угля. Их мощность :5-65м.

    Четвертичный  покров мощностью около 50-60м представлен  разнозернистыми песками с гравием, галькой и валунами изверженных и метаморфических пород, с прослоями моренных и межморенных глин, суглинок, супесей. Встречается поверхностный и погребенный торф.

    1.2. Тектоника.

    Шахтное поле рудника расположено в пределах Центрального тектонического блока, ступенеобразно погружающегося в восточном направлении.

    В настоящее время геофизическими и буровыми работами достаточно полно изучены субмеридиальные  Северо-западное и Западное тектонические нарушения, а также Центральное Краснослободское тектоническое нарушение с севера на юг пересекающее площадь Краснослободского участка с амплитудой смещения пластов от 30 до 100м. Углы падения сбрасывателя колеблются от 15 до 85 градусов. По данным геологоразведочных работ в северо-восточной (3-А, 4-А северо-восточные панели), в юго-западной (7, 8 юго-западные панели, юго-западное направление) и в северо-западной (6, 6-А северо-западные панели) частях шахтного поля  на III калийном горизонте вскрыты зоны малоамплитудных тектонических нарушений, а в северо-западной части обоих горизонтов – Островское тектоническое нарушение. 

    Все эти нарушения затрудняют отработку  месторождения, создают угрозу прорыва  подземных вод в горные выработки  и требуют дополнительных геологоразведочных  работ. Кроме того, вблизи тектонических нарушений увеличиваются углы падения пласта, встречаются трещины разрыва со смещением слоев, породы в зоне брекчированы и наблюдаются замещения сильвинитовых слоев каменной солью.

    В южной краевой зоне на участках, примыкающих к контурам выклинивания калийных горизонтов, строение пласта характерезуется снижением мощности 3-го и 4-го сильвинитовых слоев, увеличением внутрипластовой каменной соли 3-4, снижением содержания КСL и резким воздыманием пласта под углом 6-7 и более 10 градусов.  За линией выклинивания калийного горизонта могут иметь место обводненные песчаники, которые устанавливается  геофизическими работами.

    1.3. Гидрогеология.

    Старобинское  месторождение расположено в  краевой северо-западной части Припятского  артезианского бассейна. В пределах месторождения различают:

    надсолевой водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях;

    подсолевой водоносный комплекс в породах девона и верхнего протерозоя.

    Названные водоносные комплексы образуют верхний  и нижний гидрогеологические этажи, которые разделены водоупорными породами глинисто-мергелистой и соленосной толщ.

    Водоносный  комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях мощностью 100-120м относится к зоне активного водообмена и подстилается регионально выдержанными водоупорными породами ГМГ. Воды его преимущественно пресные используются для хозяйственного питьевого водоснабжения.

    Подсолевой  водоносный комплекс общей мощностью  около 1000м                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     приурочен к карбонатным породам фаменского и франского ярусов верхнего

девона, к терригенным  породам среднего и верхнего протерозоя, разделенных относительно водоупорными  породами ливенского, пашийско-кыновского и пярнуско-наровского горизонтов. Водовмещающие карбонатные породы верхнего девона характерезуются низкой водообильностью и плохой проницаемостью. Водоносные горизонты терригенных пород среднего девона и верхнего протерозоя включают хорошо проницаемые обводненные песчаники соответственно старооскольского возвраста и пинской свиты.

    Надсолевой  и подсолевой водоносные комплексы  разделены породами ГМТ и соленосной толщ мощностью 500-1000м, служащих надежными  водоупорами, обеспечивающими гидрогеологическую закрытость нижнего гидрогеологического этажа. Взаимосвязь вод надсолевого и подсолевого комплексов исключается как по площади месторождения, так и в зонах дизъюктивных нарушений, где породы соляных отложений крепко спаяны соляным цементом, безводны и водоупорны.

    Верхняя часть осадочного чехла сложена  проницаемыми породами, создающими благоприятные условия для инфильтрации атмосферных осадков и пополнения запасов подземных вод. Все водоносные горизонты этой части разреза гидравлически связаны между собой.

    Воды  подсолевого водоносного комплекса представлены преимущественно крепкими рассолами.

    Водоносный  горизонт песчаников пинской свиты  мощностью 300-350м перекрыт слабопроницаемыми туфопесчаниками вулканогенно-осадочной толщи мощностью около 100м и подстилается породами кристаллического фундамента.

    1.4. Геологическая характеристика калийных горизонтов  месторождения шахтного поля Второго рудоуправления.

    В пределах разрабатываемого шахтного поля развиты 4 калийные горизонта: первый, второй, третий, четвертый (счет от поверхности земли). Залегают они внутри мощных пачек каменной соли. Представляют собой пластовые залежи, пологопадающие в северо-восточном направлении под углом 1-3°, осложненные на площадях, примыкающих к тектоническим нарушениям  и  в зонах выклинивания калийных горизонтов. Из 4–х калийных горизонтов требованиям кондиций отвечают 2-й горизонт и нижний сильвинитовый пласт 3-го калийного горизонта, которые отрабатываются в настоящее время.

      Второй калийный горизонт в пределах шахтного поля залегает на глубинах от 402м до 471м с погружением пласта в северо-восточной и северо- западном направлениях под углом 1-3º. На отдельных участках шахтного поля у тектонических нарушений угол падения пласта увеличивается до 5-8º. Южная граница распространения имеет постседиментационную природу, а северная и западная – тектоническую.

      Мощность горизонта в среднем  составляет 2,86м. Содержание KCL в пласте колеблется от 28,58 % до 31,09 % и в среднем составляет 29,84%. Содержание Н.О.2от 7,31 % до 8,61 % и в среднем составляет 7,96 %.

    По  своему строению горизонт чётко подразделяется на три слоя – верхний сильвинитовый, средний – галитовый, нижний –  сильвинитовый. Сильвинитовые слои представляют собой чередование сильвинитовых и галитовых прослойков, в которых встречаются небольшие прослойки глины. Средняя мощность верхнего и нижнего сильвинитовых слоёв составляет соответственно 0,96 и 1,04м, а содержание КСL соответственно 41,67% и 40,69% , Н.О. – 5,17% и 6,68%. Средний галитовый слой состоит из прослоев каменной соли, разделённых прослоями глины. В отдельных прослоях каменной соли отмечается вкрапленность сильвинита. Мощность среднего галитового слоя колеблется от 0,82 до 0,89м и в среднем составляет 0,86м. Содержание КСL по слою колеблется от 3,07% до 3,48% и в среднем составляет 3,27 %.

    Покрывающие горизонт породы представлены частым чередованием прослойков каменной соли мощностью от 1-2см до 10-40см и глины мощностью от долей  мм до 10-25см. В интервале до 0,80м от кровли пласта залегают маломощные прослойки песчаниковидной соли.

    В подстилающих горизонт породах возможно наличие газа, который может проявляться в виде газовыделений при бурении разведочных скважин и шпуров, а также в отработанном пространстве горных выработок и лав.   

    Третий  калийный горизонт в пределах шахтного поля залегает на глубинах от 487м до 646м с погружением пласта в северном и северо-восточном направлениях под углом 1-3º.    

    На  отдельных участках шахтного поля у  тектонических нарушений угол падения увеличивается до 5-8 градусов и более.

    Горными работами горизонт достаточно полно изучен в центральной и юго-восточной   частях шахтного поля. В юго-западной части шахтного поля граница распространения его установлена по данным геофизических, буровых и геологоразведочных работ.  

    На  вскрытой части шахтного поля калийный горизонт имеет повсеместное распространение и подразделяется на три пачки:

    верхнюю – сильвинитовую ( забалансовую ),

    среднюю – глинисто-карналлитовую,

    нижнюю  – сильвинитовую (промышленную).

    Верхняя забалансовая пачка прослеживается на всей разведанной площади шахтного поля и сложена чередующимися прослоями сильвинита, сильвинито-карналлитовой породы и каменной соли с прослоями глины  мощностью до 5см. Мощность верхней сильвинитовой пачки колеблется от 1,73 до 5,0м.

    Средняя глинисто-карналлитовая пачка сложена глиной с прослоями каменной соли, карналлита и сильвинито-карналлитовой породы. Мощность их колеблется от 6 до 10,7 метров .

    Нижняя  сильвинитовая пачка представляет собой II продуктивный пласт, в разрезе которого выделяется шесть сильвинитовых слоёв, разделённых слоями каменной соли. Промышленное значение имеют II, III и IY сильвинитовые слои.

    Балансовая  мощность по слоям II - IY изменяется от 4,03м до 4,46м и в среднем составляет 4,31м. Содержание КСL по слоям II – IY  соответственно изменяется от 17,13 %  до 26,03 %  и в среднем составляет 19,85 %. Содержание  H.O. по слоям II - IY изменяется от 3,19 %  до 8,01 %  и в среднем составляет  4,53 %.  

    На  всех панелях, отрабатываемых в настоящее  время, периодически встречаются замещения сильвинитовых слоев каменной солью, что резко снижает  качество выдаваемой руды. Наиболее часто они встречаются в краевых и притектонических зонах горизонта.

    В породах горизонта отмечаются локальные  скопления свободно содержащихся газов, количество которых увеличивается в разрезе снизу вверх, а также встречаются ”мульды погружения пласта”, опасные по внезапным выбросам соли и газа. Особую опасность представляет наличие горючих газов, выделяющихся в отработанном пространстве горных выработок и лав.

    Соленосные отложения над кровлей калийных горизонтов являются естественной водозащитной толщей. Мощность их в северо-восточной части шахтного поля над Вторым и Третьим калийным горизонтами достигает соответственно 100 и 250м  с постепенным выклиниванием в южном направлении. В результате проведения специальных комплексных исследований, выполненных на месторождении, установлено, что большая часть глинисто-мергелистой толщи безводна и водоупорна, и слагающие ее породы обладают хорошими водозащитными свойствами. Мощность водоупорной части ГМТ в пределах шахтного поля  составляет преимущественно 180 - 300м. Таким образом, общая мощность водозащитной толщи составляет 200-300м над кровлей Второго калийного горизонта и 240-450м над кровлей Третьего калийного горизонта. 
 
 

1.5. Краткая геологическая характеристика пласта и вмещающих пород участка работ. 

    Третий  калийный горизонт в пределах проектируемой  лавы имеет повсеместное распространение и сложен следующими пластами: верхним Gсильвинитовым (забалансовым);среднимGглинисто-карналлитовым; нижнимGсильвинитовым (промышленным).

    Нижний  сильвинитовый пласт представлен  пятью сильвинитовыми слоями (слой I отсутствует), разделенными слоями каменной соли. Сильвинитовые слои представлены чередованием  прослойков сильвинита,  соли каменной и глин мощностью от долей мм до 5см. Слои каменной соли представляют собой переслаивание каменной соли и глины. Количество глинистых прослойков возрастает по разрезу снизу вверх.

    Выше  VI сильвинитового слоя залегает глинисто-карналлитовая пачка мощностью до 5.40м, представленная частым чередованием прослойков глины, карналлита и каменной соли. На породах глинисто-карналлитового пласта залегают породы верхней сильвинитовой пачки, представленные чередующимися прослойками сильвинита, сильвинито-карналлитовой породы, каменной соли и глины

    Подстилающие  горизонт породы  на глубину до 6м  представлены каменной  солью с  прослойками глины мощностью от долей мм до 2-5см.

    В районе малоамплитудного тектонического нарушения МАТН №2 возможно уменьшение мощности сильвинитовых слоев и содержание хлористого калия в выдаваемой руде.

    В породах горизонта отмечаются локальные  скопления газа, а также не исключена возможность встречи мульдообразных погружений пласта, опасных по внезапным выбросам соли и газа. Кроме того, повсеместно встречаются тектонические трещины различной протяженности и направления мощностью 5см и более.

Качественная  характеристика промышленных слоев  по проектируемой лаве: 

                                                 Таблица №1

                                                 Таблица №2